基于光子晶体自准直效应的太赫兹偏振分束器设计

提出了一种新型、紧凑的光子晶体太赫兹(THz)偏振分束器,利用自准直效应实现横电(TE)模和横磁(TM)模的无衍射传输,利用禁带特性实现TE模和TM模的分离。基于平面波展开法和时域有限差分法对太赫兹偏振分束器的性质进行仿真建模分析,结果表明,该偏振分束器在2.9~3.01THz频率范围内可实现偏振分离;频率为3THz时,TE模的反射率和TM模的透射率均高于90%,TE模和TM模的消光比分别高达19.9dB和26.24dB。此外,与以往的光子晶体太赫兹偏振分束器相比,所提出的偏振分束器设计简单,更易于实现(无需引入缺陷),尺寸更微小(650μm×650μm),带宽更宽(2.9~3.01THz)。     

光子晶体自准直光束偏振分束器

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直效应和光子带隙,设计了一种紧凑、高效的偏振分束器.时域有限差分法(FDTD)模拟表明,该设计可以在一个较大的频率范围f=0.268—0.278(c/a) 内实现TE模和TM模的高效(85%)、大角度(90°)分离.在光通讯波长λ=1.55 μm,该设计尺寸仅为9 μm×9 μm.这些特性使其在光通讯领域中具有重要的应用前景. 关键词： 光子晶体 偏振分束器 自准直     

二维高效光子晶体偏振分束器

为解决透射型偏振分束器透射效率低、高入射角度依赖的缺点,利用二维光子晶体平板设计了一种高效偏振分束器.采用的光子晶体是由空气中周期性排列的蜂窝格子GaAs介质柱构成.该偏振器对一种偏振光(TE偏振)正常折射,而对另一种偏振(TM偏振)负折射,从而实现两种偏振模式在空间上分离.为提高其透射效率,在光子晶体平板表面引入了消反层,并对相关参量进行优化.二维有限时域差分模拟结果显示,在较宽的角度范围内(约20°),约化圆频率处在ω=0.20～0.23×2πc/a范围内,分束器对TE和TM偏振光的透射强度都能达到95%以上.     

新型高效偏振光分束器的设计

研究及分析了光波在分束结构中的传播行为和特性,发现当增大波导邻近两侧空气孔半径时,能形成完全光子禁带范围内某一频率光波单一偏振态的传播,基于此原理提出了一种全新结构的偏振光分束器,计算与模拟结构表明,该结构可以实现TE模与TM模高效大角度分离. 器件尺寸不超过17.6 μm×9.8 μm,在集成光回路中无疑有着很大的应用潜力. 关键词： 光子晶体 偏振光分束器 时域有限差分法 平面波展开法     

基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔,使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究,结果表明:该分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长光的分离,并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1dB和-40.2dB,小于-20dB的带宽分别为44.2nm和67.1nm;在传输波长1.3μm和1.55μm处的损耗值为0.063dB和0.048dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时,具有较低的限制损耗.     

基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法模拟,在一个与偏振态无关的自准直光子晶体环形谐振腔中,研究发现当环形谐振腔内的光传输距离改变时,横电波(TE)和横磁波(TM)两种偏振态的光在通过环形谐振腔之后的输出将会随之变化并呈现出不同的周期性.通过选择适合的传输距离,实现了TE,TM自准直的情况下同时分束50%的结果,构成了一种基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器.全光均分束器扩大了分束器的运用范围,也会在高密度集成光路中发挥重要的作用. 关键词： 光子晶体 环形谐振腔 自准直 分束器     

一维光子晶体色散特性的研究

应用传输矩阵法研究一维光子晶体的色散特性,数值模拟得到了一维光子晶体横电(TE)模、横磁(TM)模的色散特性,研究结果为一维光子晶体器件的设计提供了理论依据.     

一种新型的光子晶体偏振光分束器的设计

基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景. 关键词： 偏振光分束器 能带结构 平面波展开法 时域有限差分法     

基于金线填充的双芯光子晶体光纤偏振分束器（英文）

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器,并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合,导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比,所提出的偏振分束器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明,长度为0.263mm的偏振分束器,在波长1.55μm处消光比达-70dB,-20dB消光比带宽为124nm.     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直

利用有限时域差分法(FDTD)进行数值模拟，在二维光子晶体中实现了电磁波两种偏振态的自准直——全光自准直(full-light-self-collimation).研究表明，通过对光子晶体的结构做适当的调整，可以在较宽频率范围内实现横电波(TE波)和横磁波(TM波)沿着相同方向传播，同时保持较强的能流强度.全光自准直可以显著提高光源利用率和光波导的传播效率，在高密度集成光路中有非常重要的用途. 关键词： 光子晶体 偏振 自准直     

基于磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用器

随着全光通信的快速发展, 波分复用传输系统已不能满足高容量光网络的需求, 而模分复用技术利用有限的稳定模式作为独立信道传递信息, 可以成倍地提高系统容量和频谱效率, 是构建未来光网络的关键技术之一. 本文基于掺Bi复合稀土铁石榴石的磁光效应, 设计了1.55 μm波段的二维三角晶格光子晶体模分复用器. 在该光子晶体结构中引入缺陷, 形成模式分束波导, 通过外加磁场改变其在不同偏振模式下的磁导率, 从而控制TE, TM模式的传输, 实现了1.55 μm波段的模分复用. 利用平面波展开法和时域有限差分法对此模分复用器进行了能带和传输特性分析, 结果表明: TE和TM模式的透射率均高于92%, 信道隔离度分别为19.7 dB和42.1 dB. 这些特性在未来的大容量光传输系统中有着重要的应用前景.     

Self-collimating photonic crystal polarization beam splitter

We present theoretical and experimental results of a polarization splitter device that consists of a photonic crystal (PhC) slab, which exhibits a large reflection coefficient for TE and a high transmission coefficient for TM polarization. The slab is embedded in a PhC tile operating in the self-collimation mode. Embedding the polarization-discriminating slab in a PhC with identical lattice symmetry suppresses the in-plane diffraction losses at the PhC-non-PhC interface. The optimization of the PhC-non-PhC interface is thereby decoupled from the optimization of the polarizing function. Transmissions as high as 35% for TM- and 30% for TE-polarized light are reported.     

Polarization beam splitter based on photonic crystal self-collimation Mach-Zehnder interferometer

A polarization beam splitter based on a self-collimation Mach-Zehnder interferometer (SMZI) in a hole-type silicon photonic crystal was proposed and numerically demonstrated. Utilizing polarization dependence of the transmission spectra of the SMZI and polarization peak matching (PPM) method, the SMZI can work as a polarization beam splitter (PBS) by selecting appropriate path length difference in the structure. Because of its intrinsic operating principle, the PBS possesses high polarization extinction ratios (PERs). As its dimensions are only several operating wavelengths, the PBS may have practical applications in photonic integrated circuits.     

Optical limitation in two-dimensional nonlinear photonic crystal with triangular lattice

Optical limitation in a 2D nonlinear photonic crystal (NPC) has been studied in this Letter. Since the optical limitation is due to Bragg scattering induced by the variation of nonlinear refractive index, it is sure that the optical limitation can be realized in nonlinear photonic crystal. The light propagation characteristics in a two-dimensional nonlinear photonic crystal with triangular lattice has been calculated by using the finite-difference time-domain algorithm, which is constructed by placing certain number of nonlinear dielectric rods in a linear photonic crystal. The optical limiting effects at 1.300 and 0.504 μm have been obviously obtained for TE polarization and TM polarization, respectively.     

Optical surface modes of photonic crystals for dual-polarization waveguide

In this study, the design of a polarization-independent (dual-polarization) waveguide is presented by utilizing surface modes of photonic crystals. The waveguide structure operates in a frequency interval that is commonly shared by both transverse-electric (TE) and transverse-magnetic (TM) polarizations. The numerical calculations based on plane wave expansion and finite-difference time-domain methods are carried out to design and demonstrate a surface mode waveguide that provides confinement and guiding for both TE and TM modes. Once the relevant modes are properly excited, the high transmission efficiency of the photonic crystal surface waveguide is ensured. The demand to have polarization-insensitive devices makes our proposed design an important component for the photonic integrated circuit applications. Finally, we also propose a broadband surface mode photonic crystal waveguide with a bandwidth value of 28% for only TE polarization.     

硅基槽式微环谐振腔型偏振解复用器全矢量分析

提出一种紧凑型偏振解复用器, 其中两条常规硅基波导作为输入/输出信号通道, 居于其中的槽式微环谐振腔用于偏振态/波长选择组件. 采用全矢量频域有限差分法详细分析了硅基常规及槽波导的模式特性, 结果发现其横磁模的模场布及其有效折射率相似, 而其横电模相应的特性则差异明显, 结果输入横磁模能够在谐振工作波长下从下路端口输出, 而输入横电模与微环耦合可以忽略, 直接从直通端口输出, 从而实现两偏振态的高效分离. 采用全矢量时域有限差分法详细分析了该偏振解复用器的光波传输特性, 结果表明, 当微环半径为3.489 μm时, 在1.55 μm工作波长下, 横磁模与横电模的消光比与插入损耗分别为 ～ 26.12 (36.67) dB与 ～ 0.49 (0.09) dB. 另外, 论文详细讨论了器件关键结构参数的制作容差, 并给出了输入模场在器件中的传输演变情况.     

二维光子晶体全光异或门的设计及研究

分析了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的传输特性,将二维光子晶体波导、环形腔和马赫-曾德尔干涉仪有效结合,提出了一种基于二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的异或门设计。用平面波展开法分析二维光子晶体能带结构,并用时域有限差分法验证光信号在该器件中的电场稳态分布。结果表明,该结构能够实现异或逻辑,且具有高逻辑对比度7.88 dB,快速响应周期0.388 ps和高传输速率7.87 Tbit/s;并且该器件结构尺寸仅为13 μm×14 μm,易于集成。该异或逻辑结构中引入了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪,使得光子晶体逻辑门结构的设计更加多样,并为二维光子晶体半加器与全加器的设计提供了基础,具有重要的研究意义。